DE10360434A1

DE10360434A1 - Anordnung, Positionssensor, Einrichtung zum Regeln, Antrieb und Verfahren zum Erfassen der Stellung eines antreibbaren Bauteils

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Publication number: DE10360434A1
Application number: DE10360434A
Authority: DE
Inventors: Heinfried Prof. Dr.-Ing. Hoffmann
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: DE10360434B4; US7057369B2; US20050156554A1

Abstract

Bei einer Anordnung mit einem antreibbaren Bauteil eines Antriebs für ein Stellorgan, wie ein Ventil, einem von dem Bauteil anzutreibenden beweglichen Bewegungsrepräsentanten, einem Positionssensor, der die Stellung des Bauteils über eine Position des Bewegungsrepräsentanten erfaßt, und einem Getriebe zum Weiterleiten und/oder Umleiten einer Bewegung von dem Bauteil auf den Bewegungsrepräsentanten, ist vorgesehen, daß das Getriebe Bewegungskräfte des Bauteils auf den Bewegungsrepräsentanten berührungslos überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem antreibbaren Bauteil eines Antriebs für ein Stellorgan, wie ein Ventil, und einem von dem Bauteil anzutreibenden beweglichen Bewegungsrepräsentanten. Des weiteren betrifft die Erfindung einen Positionssensor zum Erfassen der Stellung eines antreibbaren beweglichen Bauteils eines Antriebs für ein Stellorgan. Außerdem betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Regeln der Stellung eines von einem Antrieb antreibbaren Stellorgans. Schließlich betrifft die Erfindung einen Antrieb für ein Stellorgan und ein Verfahren zum Erfassen der Stellung eines antreibbaren Bauteils.
Ein bekannter Positionssensor, wie ein Potentiometer, wird häufig bei einem Stellantrieb, wie einem Hub- und Schwenkantrieb eingesetzt, welcher beispielsweise das Stellglied eines Ventils in eine geöffnete oder geschlossene Stellung und/oder in Zwischenstellungen verbringen kann. Um gewünschte Betriebsparameter des von dem Stellglied zu beeinflussenden Betriebssystems, wie eines Fluidkreislaufs zur Mineralöl- oder Gasverarbeitung, zu erreichen, ist ein Stellungsregler vorgesehen, welcher die Position des Stellglieds entsprechend einstellt. Die Positionssensoren sind dazu ausgeführt, die genaue Position des Stellglieds zu bestimmen, um dem Stellungsregler zur Feststellung eines Ist-Zustandes ein tatsächliches Positionssignal bereitzustellen.
Bekanntermaßen wird die Position des Stellglieds über einen Bewegungsrepräsentanten abgegriffen, der aufgrund einer mechanischen Kopplung zwischen dem Bewegungsrepräsentanten und dem Bauteil der Bewegung des Stellglieds nachfolgt. Die repräsentative Bewegung des Bewegungsrepräsentanten wird von dem Positionssensor detektiert.
Es ist bekannt, die mechanische Kopplung zwischen dem antreibbaren Bauteil und dem Bewegungsrepräsentanten durch Eingriffseinrichtungen bestehend aus einer Stift-Langloch- oder Nut-Federanordnung zu bilden. Diese Verbindungsart weist üblicherweise ein Spiel insbesondere für eine leichte Montage auf, welches durch den Einsatz einer eine Vorspannung bereitstellenden Feder kompensierbar ist. Das Vorsehen der Feder erhöht nicht nur den Fertigungsaufwand durch das zusätzliche Teil, sondern birgt auch ein Ausfallrisiko für den Positionssensor und damit für den Regelungskreis in sich, weil es, verstärkt durch einen Ausfall der Vorspannfeder, insbesondere bei einem häufigen Lastwechsel, zu einer Erweiterung des Montagespiels kommt, was zu einem Lockern und unter Umständen zu einem Lösen der mechanischen Verbindung führen kann. Zudem sind mechanische Verbindungstypen, insbesondere für den Einsatz in Chemieanlagen, Papierfabriken oder dergleichen, meist einem aggressiven Umgebungsmedium ausgesetzt, das eine Korrosion, Vibration, Verschmutzung der Einzelteile fördert. Insofern sind die mechanischen Kopplungen in einem derartigen Einsatzgebiet vollständig gekapselt, was ebenfalls die Fertigungskosten erhöht und außerdem eine Wartung und/oder Reparatur der Sensoranordnung schwierig und unter Umständen im Hinblick auf einen vollständigen Austausch unwirtschaftlich macht.
Meistens werden Positionssensoren in einem Stellungsregler-Gehäuse untergebracht, der benachbart einer Kraftmaschine eines Stellantriebs angeordnet wird, wobei der Bewegungsrepräsentant durch das Gehäuse zum anzutreibenden Bauteil hin ragt und daran kraftübertragend befestigt ist. Um eine schnelle und einfache Austauschbarkeit des Stellungsreglers sicherzustellen, muß der Bewegungsrepräsentant eine leicht lösbare Getriebeverbindung zum angetriebenen Bauteil des Stellantriebs aufweisen.
Es ist ferner bekannt, eine direkte Sensorik einzusetzen, bei der die Position des antreibbaren Bauteils, insbesondere der Stellstange oder der Stellwelle, unmittelbar am Bauteil abgegriffen wird. Diese, beispielsweise durch einen Hall-Sensor realisierbare, direkte Sensorik ist allerdings insbesondere für den Einsatz in Ventilen insofern ungeeignet, als damit eine Nichtlinearität der Meßergebnisse einhergeht, welche nur mittels hohem Vormontageaufwand linearisierbar sind. Der Mehraufwand äußert sich vor allem in notwendigen Referenzmessungen, welche beispielsweise mit einer mechanischen Meßuhr realisierbar sind, welche vor der Inbetriebnahme zur Bestimmung von Referenzgrößen ein- und ausgebaut werden muß. Diese Maßnahmen werden bei jedem Austausch einer Sensoranordnung notwendig.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Anordnung mit einem antreibbaren Bauteil eines Antriebs für ein Stellorgan, wie ein Ventil, und einem von dem Bauteil anzutreibenden beweglichen Bewegungsrepräsentanten derart weiterzubilden, daß die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden, insbesondere daß unter Berücksichtigung einer geringen Verschleißneigung und eines geringen Montageaufwands Bewegungen von dem antreibbaren Bauteil auf den Bewegungsrepräsentanten in einer ausreichenden Positionsgenauigkeit übertragen werden können, so daß ein herkömmlicher Positionssensor, wie ein Potentiometer, die Position des Bauteils bestimmen kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist ein Getriebe vorgesehen, mit dessen Hilfe Antriebsbewegungen des Bauteils des Antriebs für ein Stellorgan, insbesondere für eine Armatur oder für ein Feldgerät, wie für ein Ventil, auf den Bewegungsrepräsentanten berührungslos übertragen werden. Die damit erzeugte Bewegung des Bewegungsrepräsentanten ist von einem herkömmlichen Sensor, wie einem Potentiometer, erfaßbar. Die erfindungsgemäße Anordnung kann jeglicher mechanischen Verbindungen zwischen dem Bewegungsrepräsentanten und dem Bauteil entledigt werden, was die Ausfallwahrscheinlichkeit wegen Verschleiß deutlich reduziert. Des weiteren kann die Teilezahl der Anordnung eines Bauteils und eines Bewegungsrepräsentanten verringert werden. Zudem ist der Montageaufwand erheblich insofern reduziert, als beispielsweise eine Austauschbarkeit eines Stellungsreglers mit Positionssensor ohne Lösen von mechanischen Verbindungen zwischen dem Bewegungsrepräsentanten und dem Antrieb einhergehen kann.

Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn bei einem Regelungssystem Stellorgane, wie Ventile, nach Ablauf einer bestimmten zulässigen Betriebszeit oder bei Zuverlässigkeitsuntersuchung häufig auszutauschen sind. Durch die erfindungsgemäße berührungslose Getriebeanordnung kann der Austausch ohne weiteres vollzogen werden. Unter Umständen notwendige Justiervorgänge bei erneuter Montage können leicht durch mechanische Anschläge oder visuelle Markierungen bewerkstelligt werden oder ganz entfallen.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Getriebeteil den Bewegungsrepräsentanten mittels magnetischer Anziehungs- und Abstoßkräfte antreibt. Dafür kann der Bewegungsrepräsentant insbesondere ein Magnetfeld und/oder ein elektromagnetisches Feld aufweisen, das zum Nachführen des Bewegungsrepräsentanten einem Magnetfeld und/oder elektromagnetischen Feld des Bauteils bewegungsübertragend zugeordnet ist. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Magnetfeld durch einen Dauermagneten erzeugt, der am Bewegungsrepräsentanten befestigt ist und einem Magnetfeld zugeordnet ist, das durch einen Dauermagneten am Bauteil erzeugt ist. Ein von einem Dauermagneten erzeugtes Magnetfeld ist gegenüber dem eines elektromagnetischen Felds insofern von Vorteil, als keine Stromversorgung zum Aufbau des Magnetfeldes erforderlich ist. Es ist bei vielen Regelungssystemen, insbesondere auf dem Gebiet der Mineralöl- und Gasverarbeitung, im Hinblick auf eine Explosionsgefahr, ausgelöst durch elektrische Funken, eine der notwendigen Bedingungen, Stellorgane, wie Ventile, ohne elektrische Energieversorgung oder zumindest mit einem möglichst geringen elektrischen Energieverbrauch auszugestalten.

Um eine möglichst genaue, der Stellung des Bauteils entsprechende Position des dem Bauteil nachfolgenden Bewegungsrepräsentanten zu garantieren, sind die Pole der Polpaare des Bauteils sowie des Bewegungsrepräsentanten in ihrer kraftübertragenden Lage zueinander in einer kreuzförmigen Anordnung berührungslos positioniert; d.h: der Nordpol des Magneten des Bewegungsrepräsentanten liegt proximal dem Südpol des Bauteils und distal dem Nordpol des Bauteils. Entsprechendes gilt für den Südpol des Magneten des Bewegungsrepräsentanten.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine vorzugsweise translatorische oder eine rotatorische Bewegung des Bauteils in eine Schwenk- oder Drehbewegung des Bewegungsrepräsentanten umwandelbar bzw. übertragbar. Bei dieser besonderen Ausführung der Erfindung ist es notwendig, daß der Bewegungsrepräsentant eine der Bewegung des Bauteils entsprechende Drehbewegung vollzieht, welche einfach von dem Positionssensor, wie einem Potentiometer oder einem Hall-Sensor, erfaßbar ist. Zudem bedarf es bei einer Drehbewegung des Bewegungsrepräsentanten eines geringeren Raumbedarfs als bei einem translatorisch gelagerten Bewegungsrepräsentanten.

Alternativ kann eine translatorische oder rotatorische Bewegung des Bauteils in eine translatorische Bewegung des Bewegungsrepräsentanten umgewandelt oder übertragen werden.

Aufgrund der erfindungsgemäßen berührungslosen Kraft- oder Bewegungsübertragung von dem Bauteil auf den Bewegungsrepräsentanten kann der Positionssensor inklusive des Bewegungsrepräsentanten räumlich vollständig von dem antreibbaren Bauteil des Stellantriebs getrennt sein. Aus diese Weise ist es möglich, den Positionssensor samt Bewegungsrepräsentanten in einem geschlossenen Gehäuse unterzubringen, insbesondere zu verkapseln, wo durch das Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Anordnung bei einer minimierten Ausfallwahrscheinlichkeit durch Korrosion oder Verschmutzung bei einfacher Demontage und Montage erweiterbar ist. Für das den Positionssensor umschließende Gehäuse ist vorzugsweise ein dielektrisches Material zu verwenden.

Damit die Stellungsänderung des Positionssensors erfaßbar ist, weist der erfindungsgemäße Positionssensor ein Potentiometer oder einen Hall-Sensor oder einen Magnet-Fluid-Sensor, auf. Der Magnet-Fluid-Sensor weist ein Trägerfluid für darin suspendiert magnetisierbare Teilchen, vorzugsweise eine Trägerflüssigkeit, auf. Das magnetisierbare Fluid kann mittels eines nicht-ferromagnetischen Schlauchs bahn- oder kanalförmig gebildet sein. An dem Bahn- der Kanalende sind elektrische Kontakte vorgesehen, um elektrische Größen, wie den Widerstand, abgreifen zu können. Vorzugsweise kann ein am Bewegungsrepräsentanten befestigter Magnet derart auf das magnetisierbare Fluid einwirken, daß zwischen den Kontakten entsprechend der Stellung des Magneten des Bewegungsrepräsentanten relativ zu den Kontakten unterschiedliche Widerstandswerte, Stromwerte oder Spannungswerte durch einen Sensor, wie ein Ohmmeter, erfaßbar sind.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Bewegungsrepräsentant ein magnetisierbares Teilchen, insbesondere mehrere magnetisierbare Teilchen, auf, das in einem Trägerfluid, insbesondere in einer Trägerflüssigkeit, suspendiert ist. Ein an dem Bauteil befestigter Magnet beeinflußt das Trägerfluid mit den magnetisierbaren Teilchen derart, daß sich zumindest ein Teil der Teilchen in einem dem Magneten naheliegenden Bereich sammelt. Je nach Lage des mit Teilchen konzentrierten Bereichs relativ zu elektrischen Kontakten können unterschiedliche elektrische Größen an den Kontakten gemessen werden. Das Trägerfluid ist in einer einen Kanal bildenden, fluiddicht abgeschlossenen Aufnahme enthalten, die aus einem nicht ferromagnetischen Material gebildet ist.

Der Magnet-Fluid-Sensor kann vorzugsweise ein nicht migrierendes Öl mit der notwendigen Oberflächenenergie, zugesetzt mit insbesondere in dem Trägerfluid suspendierten magnetisierbaren Teilchen, wie einem Ferrit-Pulver, aufweisen, das insbesondere durch eine partielle Oberflächenbeschichtung jedes Teilchens, wie eines Ferrit-Korns, je nach Bedarf der Leitfähigkeit mit leitfähigem Kohlenstoff oder mehr oder weniger edlen Metallen versehen ist.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Korrektureinrichtung am Bewegungsrepräsentanten und/oder am Bauteil vorgesehen, welche Korrektureinrichtung unter Umständen auftretende Abweichungen der erfaßten Stellung des Bauteils von der tatsächlichen Stellung korrigiert. Eine Fehlerquelle kann durch das Getriebe hervorgerufen sein, das für die berührungslose Nachbewegung des Bewegungsrepräsentanten verantwortlich ist. Eine derartige Korrektureinrichtung kann durch einen Hall-Sensor, insbesondere eine Hall-Sensor-Anordnung mit wenigstens zwei Hall-Sensoren, gebildet sein, welcher dem magnetischen Feld des Bewegungsrepräsentanten und/oder dem des Bauteils zugeordnet ist. Dabei kann der Hall-Sensor durch eine Vorab-Einstellung der Getriebeparameter derart konfiguriert sein, daß er mit hoher Wahrscheinlichkeit auftretende Stellungsfehler, welche bei der berührungslosen Übertragung von Bewegungskräften von dem Bauteil auf den Bewegungsrepräsentanten auftreten können, mit in die Auswertung des tatsächlichen Positionssignals einfließen läßt. Insbesondere kann der Hall-Sensor derart konfiguriert sein oder mit einer derartigen Einrichtung betriebsmäßig gekoppelt sein, daß Winkelabweichungen von von dem Magneten erzeugten Feldlinien gegenüber dem bei korrekter Stellung zu erwartenden Feldlinienwinkel erfaßt werden. Das Korrektursignal wird erfindungsgemäß einer Regelungseinrichtung zugeführt, welche anhand des erfaßten Positionssignals sowie des Korrektursignals die tatsächliche Stellung des Bauteils ermitteln kann; um eine korrekte Regelung durchzuführen.

Des weiteren betrifft die Erfindung einen Positionssensor zum Erfassen der Stellung eines antreibbaren beweglichen Bauteils eines Antriebs für ein Stellorgan, wie ein Ventil, wobei der Positionssensor einen von dem Bauteil antreibbaren beweglichen Bewegungsrepräsentanten aufweist. Über die Stellung des Bewegungsrepräsentanten ist die Position des Bauteils, insbesondere durch ein Potentiometer, wie einen Hall-Sensor oder einen Magnet-Fluid-Sensor; erfaßbar. Der Positionssensor umfaßt das erfindungsgemäße Getriebe zum berührungslosen Weiterleiten und/oder Umleiten von Bewegungskräften von dem Bauteil auf den Bewegungsrepräsentanten.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Regeln der Stellung eines von einem Antrieb antreibbaren Stellorgans, wie eines Ventils, wobei die Einrichtung zum Regeln der Stellung einen erfindungsgemäßen Positionssensor oder eine erfindungsgemäße Anordnung aufweist.

Außerdem betrifft die Erfindung einen Antrieb, insbesondere einen Schwenk- oder Hubantrieb, für ein Stellorgan, insbesondere ein Ventil, wobei für den Antrieb eine erfindungsgemäße Anordnung vorgesehen ist.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen der Stellung des antreibbaren Bauteils eines Antriebs für ein Stellorgan, wie eine Armatur oder ein Feldgerät, beispielsweise ein Ventil. Das Verfahren ist entsprechend der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung auszuführen.

Weitere Vorteile, Eigenschaften und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindungen anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Anordnung mit einem antreibbaren Bauteil und einem Bewegungsrepräsentanten;
2 eine Prinzipskizze einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung einer Anordnung mit einem antreibbaren Bauteil und einem Bewegungsrepräsentanten;
3 eine Prinzipskizze einer der Ausführung gemäß 1 ähnlichen, erfindungsgemäßen Ausführung einer Anordnung, bei der der Bewegungsrepräsentant in einem Gehäuse untergebracht ist;
4 eine Prinzipskizze einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung mit einem antreibbaren Bauteil und einem Bewegungsrepräsentanten;
5 eine Prinzipskizze einer weiteren bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemäßen Ausführung mit einem antreibbaren Bauteil und einem aus mehreren Einzelelementen gebildeten Bewegungsrepräsentanten; und
6 eine Prinzipskizze einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung einer Anordnung mit einem antreibbaren Bauteil, einem Bewegungsrepräsentanten und einer Einrichtung zum Ausgleichen eines Stellungsfehlers des Bewegungsrepräsentanten relativ zum Bauteil.
In 1 ist eine erfindungsgemäßen Ausführung einer Anordnung 1 mit einem antreibbaren Bauteil, das als Ventilstange 3 ausgebildet ist, an der ein Träger 5 befestigt ist, der halbschalenartig bestehend aus 2 Schalen um die Ventilstange 3 herum fest angebracht. Einer von der Ventilstange 3 abgewandten Seite einer Halbschale des Trägers 5 ist ein Dauermagnet 7 mit einer bestimmten Polanordnung befestigt. Der Träger 5 ist lösbar aus Justierungszwecken des Magneten 7 an der Ventilstange 3 angebracht.
Dem Magneten 7 diametral in einem Abstand gegenüberliegend ist ein Dauermagnet 9 an einem als Schwenkhebelarm 11 ausgebildeten Bewegungsrepräsentanten fest angebracht, der eine Schwenkachse 13 aufweist. Der Bewegungsrepräsentanten weist eine Verbindungswelle 15 auf, deren Längsrichtung mit der Schwenkachse 13 zusammenfällt. Die Verbindungswelle 15 erstreckt sich in ein Gehäuse 17, in dem Einzelteile (nicht dargestellt) einer Regeleinrichtung untergebracht sind. Insbesondere ist ein nicht dargestellter Drehsensor in dem Gehäuse 17 untergebracht, der die Schwenkbewegung S des Bewegungsrepräsentanten erfaßt.
Wird die Ventilstange 3 translatorisch längs ihrer Achse verschoben, so wird auch der Magnet 7 mitgenommen. Die Magnetfelder der Magnete 7, 9 ziehen sich derart an, daß der Bewegungsrepräsentant in einer Schwenkbewegung S der Ventilstange 3 nachfolgt. Die Art des Nachfolgens des Bewegungsrepräsentanten gibt Aufschluß über die Position der Ventilstange 3.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung 1 ist eine berührungslose Kopplung des antreibbaren Bauteils in Form der Ventilstange 3 und des Bewegungsrepräsentanten in Form eines Schwenkhebelarms 11 geschaffen.
In 2 ist eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, wobei für identische oder ähnliche Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden, die um 100 erhöht sind. Zur besseren Lesbarkeit der Figurenbeschreibung bedarf es keiner erneuten Erläuterungen der bereits beschriebenen Bauelemente.
Die erfindungsgemäße Anordnung 101 zeigt ein Antriebsgehäuse 121, aus dem eine Sensor-Antriebswelle 123 ragt, über die ein nicht dargestelltes Stellorgan in eine gewünschte Stellung verbracht werden kann. An einem freien Ende 125 der Anbtriebswelle 123 ist ein Dauermagnet 107 mit einer Nord- und Südpolung erkennbar, wobei der Nordpol im wesentlichen bei Betrachtung der 2 linksseitig der Rotationsachsen R der Antriebswelle 123 angeordnet ist. Der Südpol liegt im wesentlichen rechtsseitig der Rotationsachse R.
Dem Dauermagneten 107 diametral in einem Abstand gegenüberliegend ist ein Dauermagnet 109 vorgesehen, der an einem als Sensor-Abtriebswelle 127 ausgebildeten Bewegungsrepräsentanten befestigt ist. Die Abtriebswelle 127 ragt in ein Gehäuse 117 einer Einrichtung zum Regeln insbesondere eines Durchflußquerschnitts eines nicht dargestellten Fluidkreislaufs. In dem Gehäuse 117 können unter anderem ein Drehpositionssensor (nicht dargestellt) angeordnet sein, der über die erfolgte Schwenk- oder Drehbewegung S die Dreh- oder Schwenkbewegung D des Bauteils ermitteln kann.
3 zeigt eine Weiterbildung der Ausführung gemäß 1, wobei identische oder ähnliche Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Zur besseren Lesbarkeit der Figurenbeschreibung bedarf es keiner erneuten Erläuterung der Funktion der bereits beschriebenen Bauelemente.
Die Ausführung gemäß 3 unterscheidet sich von der gemäß 1 darin, daß der Schwenkhebelarm 11 in dem Gehäuse 17 der Regelungseinrichtung fluiddicht untergebracht, insbesondere eingekapselt, ist.
Zur Lagerung des schwenkbeweglichen Bewegungsrepräsentanten 11 ist ein Abstützlager 31 mit Wälzkörpern vorgesehen.
Bei der Ausführung gemäß 4 werden für identische oder ähnliche Bautelemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden, die um 200 erhöht sind. Zur besseren Lesbarkeit der Figurenbeschreibung bedarf es keiner erneuten Beschreibung der identischen oder ähnlichen Bauelemente.
Der schwenkbar gelagerte Schwenkhebelarm 211 umfaßt einen im wesentlichen mittig angeordneten Dauermagneten 209, der sich im wesentlichen längs des Schwenkhebelarms 211 erstreckt, wobei an einem dem Schwenklager 241 distalen Ende des Dauermagneten 209 ein Nordpol und am proximalen Ende des Dauermagneten 209 ein Südpol liegt.
In Zeichnungsebene versetzt ist ein Bauteil in Form einer translatorisch antreibbaren Ventilstange 203 angedeutet, welche einen im wesentlichen mittig angeordneten Dauermagneten 209 mit einer Nord- und Südpolung aufweist, wobei der Nord- und Südpol derart relativ zum Dauermagneten 209 angeordnet ist, daß der Nordpol des Dauermagneten 207 dem Südpol des Dauermagneten 209 und der Südpol des Dauermagneten 207 dem Nordpol des Dauermagneten 209 näher liegen. Aufgrund dieser Kreuz-Anordnung der Magnetpole wird ein Ausgleich des seitlichen Versatzes (in Längsrichtung der Ventilstange 203) beim Übertragen der translatorischen Bewegung des Bauteils 203 in eine Schwenkbewegung S des Bewegungsrepräsentanten geschaffen.
In 5 ist eine weitere besondere Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, wobei zu den Ausführungen gemäß den 1 und 4 ähnliche und identische Bauelemente mit gleichen Bezugsziffern versehen werden, die um 300 erhöht sind. Zur besseren Lesbarkeit der Figurenbeschreibung bedarf es keiner erneuten Beschreibung der Funktion der identischen und ähnlichen Bauelemente.
Die Anordnung gemäß 5 umfaßt ein antreibbares Bauteil 303, an dem ein Träger 305 befestigt, an dem wiederum ein Dauermagnet 307 fest angebracht ist.
Der Bewegungsrepräsentant ist wie bei der Ausführung gemäß 3 in einem gekapselten Gehäuse 317 untergebracht. Der Bewegungsrepräsentant bei der Ausführung gemäß 5 ist durch mehrere magnetisierbare Teilchen gebildet, die in einem Trägerfluid suspendiert sind, das vorzugsweise ein nicht migrierendes Öl ist. Die nicht näher dargestellten Einzelteile des Bewegungsrepräsentanten können ein Ferrit-Pulver oder Ferrit-Körner sein.
Das Fluid mit den mehreren Bewegungsrepräsentanten ist in einem geschlossenen Kanal mit ferramagnetischer Wand 341 untergebracht, wobei im wesentlichen an den Enden des Kanals Kontakte (nicht dargestellt) vorgesehen sind, über die ein Sensor, beispielsweise ein Ohm-, Ampere- oder Voltmeter angeschlossen ist. Der dem Dauermagneten 307 am nächsten gelegene Abschnitt von Trägerfluid mit Bewegungsrepräsentantenteilchen weist eine aufgrund der Magnetisierbarkeit der Repräsentantenteilchen erhöhte Konzentration der Teilchen auf, wobei die Position dieser erhöhten Teilchenkonzentration relativ zu den beiden nicht dargestellten Kontakten Auskunft über die Position des antreibbaren Bauteils 303 gibt.
In 6 ist eine bevorzugte Ausführung einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, die eine Weiterbildung der in den 1 bis 5 dargestellten Ausführung darstellt. Identische und ähnliche Bauelemente gegenüber den vorher beschriebenen Ausführungen werden mit gleichen Bezugszeichen versehen, die um 400 erhöht sind. Zur besseren Lesbarkeit der Figurenbeschreibung bedarf es keiner erneuten Beschreibung der ähnlichen oder identischen Bauelemente.
Die Ausführung gemäß 6 unterscheidet sich von der gemäß 1 darin, daß die Anordnung eine Einrichtung zum Korrigieren eines Winkelfehlers aufweist, welcher sich durch ein nicht genaues Nachführen des Bewegungsrepräsentanten gegenüber dem antreibbaren Bauteil einstellen kann. Die Korrektureinrichtung kann als Hall-Sensor-Anordnung 451 mit wenigstens zwei Hall-Sensoren ausgebildet sein, welcher insbesondere unter Berücksichtigung der verwendeten Magnete 407, 409 und dem justierbaren Abstand der Magnete 407, 409 zueinander einen Winkelfehler α der Feldlinien des Magneten 409 des Bewegungsrepräsentanten gegenüber dem Hall-Sensor 451 ermitteln kann.
Das von dem Hall-Sensor 451 erzeugte Korrektursignal kann einem nicht dargestellten Rechner zugeführt werden, der entsprechend des Positionssignals des in dem Gehäuse 417 untergebrachten Positionssensors, der die Stellung des Bewegungsrepräsentanten bestimmt, die tatsächliche Stellung des Bauteils errechnet.
Die in der vorstehenden Beschreibung; den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung de Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

1, 101, 203, 303, 403: erfindungsgemäße Anordnung
3,103, 203, 303, 403: Ventilstange
5, 105, 205, 305: Träger
7, 107, 207, 307, 407: Dauermagnet
9, 109, 209, 309: Dauermagnet
11, 211, 411: Schwenkhebelarm
13, 113, 413: Schwenkachse
15: Verbindungswelle
17, 117, 317, 417: Gehäuse
121: Antriebsgehäuse
123: Sensor-Antriebswelle
125: freies Ende der Antriebswelle
127: Sensor-Antriebswelle
31: Abstützlager
241: Schwenklager
451: Hall-Sensor-Anordnung
D: Dreh- oder Schwenkbewegung
S: Schwenkbewegung

Claims

Anordnung mit einem antreibbaren Bauteil eines Antriebs für ein Stellorgan, wie ein Ventil, einem von dem Bauteil anzutreibenden, beweglichen Bewegungsrepräsentanten, einem Positionssensor, der die Stellung des Bauteils über eine Position des Bewegungsrepräsentanten erfaßt, und einem Getriebe zum Weiterleiten und/oder Umleiten einer Bewe gung von dem Bauteil auf den Bewegungsrepräsentanten, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe Bewegungskräfte des Bauteils auf den Bewegungsrepräsentanten berührungslos überträgt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil den Bewegungsrepräsentanten mittels magnetischer Anziehungs- und/oder Abstoßkräfte antreibt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsrepräsentant ein Magnetfeld und/oder ein elektromagnetisches Feld aufweist, das zum Nachführen des Bewegungsrepräsentanten einem Magnetfeld und/oder elektromagnetischen Feld des Bauteils bewegungskraftübertragend zugeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsrepräsentant einen Magneten, insbesondere Dauermagneten, aufweist, der zum Nachführen des Bewegungsrepräsentanten einem Magneten, insbesondere einem Dauermagneten, am Bauteil bewegungskraftübertragend zugeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine translatorische oder rotatorische Bewegung des Bauteils in eine Schwenkbewegung des Bewegungsrepräsentanten umwandelbar ist, der insbesondere einen schwenkbar gelagerten Hebelarm aufweist, oder eine translatorische oder rotatorische Bewegung des Bauteils in eine translatorische Bewegung des Bewegungsrepräsentanten umwandelbar ist, der insbesondere einen translatorisch gelagerten Schaft aufweist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten des Bewegungsrepräsentanten und des Bauteils jeweils ein Polpaar aufweisen, wobei die Pole des Bewegungsrepräsentanten zu den Polen des Bauteils in einer Kreuz-Anordnung positioniert sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil und der Bewegungsrepräsentant voneinander räumlich getrennt sind, insbesondere durch ein letzeren einschließendes Gehäuse getrennt sind, das insbesondere aus einem dielektrischen Material ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionssensor ein Hall-Sensor, magneto-resistiver Sensor oder ein Potentiometer ist, der vorzugsweise durch eine zwischen zwei elektrischen Kontakten liegende Fluidbahn gebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsrepräsentant auf einer vom Bauteil abgewandten Seite einen dem Hall-Sensor zugeordneten Magneten aufweist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsrepräsentant einen magnetisch beeinflußbaren, bewegbar gelagerten Magneten aufweist, der dem Potentiometer mit Fluidbahn zugeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidbahn ein Fluid mit zugesetztem magnetisierbarem Pulver aufweist, wobei an den zwei elektrischen Kontakten ein Ohmmeter angeschlossen ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsrepräsentant ein magnetisierbares Teilichen, insbesondere mehrere magnetisierbare Teilchen, vorzugsweise ein Ferrit-Pulver, aufweist, die insbesondere einem Trägerfluid, insbesondere Trägerflüssigkeit, zugesetzt sind, wobei eine Trägerfluidbahn zwei Kontakte verbindet.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betreiben des Bewegungsrepräsentanten die magnetisierbaren Teilchen einem Magneten magneti sierbar derart zugeordnet sind, daß ein Bereich der Trägerfluidbahn mit höherer Konzentration an magnetisierbaren Teilchen gebildet wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Korrektureinrichtung, welche die durch die berührungslose Übertragung gegebenenfalls auftretende Stellungsabweichung des Bewegungsrepräsentanten gegenüber dem Bauteil ausgleicht.
Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung einen Hall-Sensor, insbesondere eine Hall-Sensor-Anordnung, die mindestens zwei Hall-Sensoren aufweist, umfaßt, der am Bewegungsrepräsentanten bzw. am beweglichen Bauteil angeordnet und einem Magneten zugeordnet ist, der an dem Bauteil bzw. an dem Bewegungsrepräsentanten befestigt ist.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hall-Sensor eine Winkelgradabweichung von Feldlinien des Magneten am Bauteil bzw. am Bewegungsrepräsentanten bezüglich des Hall-Sensors im Vergleich zu einer Normalstellung von letzteren erfaßt, wobei insbesondere ein Abweichungssignal einer Regelungseinrichtung zuführbar ist, welche auf der Basis eines Positionssignals des Positionssensors und des Abweichungssignals die tatsächliche Position des Bauteils bestimmt.
Positionssensor zum erfassen der Stellung eines antreibbaren beweglichen Bauteils eines Antriebs für ein Stellorgan, wie ein Ventil, umfassend einen von dem Bauteil antreibbaren beweglichen Bewegungsrepräsentanten, über dessen Stellung der Positionssensor die Stellung des Bauteils erfaßt, gekennzeichnet durch eine nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildete Anordnung.
Einrichtung zum Regeln der Stellung eines von einem Antrieb antreibbaren Stellorgans, insbesondere eines Ventils, mit einem insbesondere nach Anspruch 17 ausgelegten Positionssensor.
Antrieb, insbesondere Schwenk- oder Hubantrieb, für ein Stellorgan, insbesondere ein Ventil, umfassend eine nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildete Anordnung oder eine nach Anspruch 18 ausgebildete Regeleinrichtung.
Verfahren zum Erfassen einer Stellung eines Bauteils eines Antriebs für ein Stellorgan, wie eine Armatur oder ein Feldgerät, beispielsweise ein Ventil, wobei die Stellung des Bauteils über eine Position eines Bewegungsrepräsentanten erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Bewegungskräfte des Bauteils auf den Bewegungsrepräsentanten berührungslos übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der Funktionsweise einer nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildeten Anordnung verfahren wird.